刀具檢測和刃磨實驗平臺的創(chuàng)新

摘 要：當(dāng)代的機械制造和數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，以及大量的CAD/CAM介入，機床的剛性得到了很大的提升，以往的刀具已經(jīng)不能再適應(yīng)現(xiàn)在的加工方式。隨著科技及生產(chǎn)加工方式的進步，更快速的加工出成品對刀具提出了更高的可靠度、精度、壽命等要求。所以刀具的發(fā)展必定要與數(shù)控設(shè)備機密切的聯(lián)系在一起，借鑒國外新興的技術(shù)對于國內(nèi)制造業(yè)的發(fā)展是一條捷徑。21世紀(jì)，數(shù)控加工技術(shù)在機械制造行業(yè)興起，如何衡量一個國家的制造業(yè)水平是否先進，完全取決于其數(shù)控設(shè)備的先進程度及數(shù)控設(shè)備的占有量。不久的將來數(shù)控加工技術(shù)將全面取代傳統(tǒng)的機械制造業(yè)。所以對刀具測量與刃磨實驗平臺的創(chuàng)新就尤為重要。

關(guān)鍵詞：MC403；刀具測量；刀具刃磨

1 研究的目的

隨著數(shù)字技術(shù)和CAD/CAM的快速發(fā)展，設(shè)計創(chuàng)新一套適于機械領(lǐng)域與航空領(lǐng)域的實驗平臺迫在眉睫。該設(shè)備基于數(shù)控技術(shù)將刀具幾何角度的檢測和刃磨無縫銜接，能實現(xiàn)通過數(shù)字技術(shù)來設(shè)計刀具角度的同時還能實現(xiàn)刀具的刃磨。因此該設(shè)備既可用于刀具角度的研究，也可用于數(shù)控技術(shù)的使用。而刀具幾何角度的刃磨和測量單元能夠?qū)ζ胀ㄜ嚨逗豌@頭的刃磨及角度測量。數(shù)控單元則根據(jù)數(shù)控指令實現(xiàn)試驗臺的單動及聯(lián)動。不但能實現(xiàn)半閉環(huán)控制，還可以實現(xiàn)閉環(huán)控制。

目前，國內(nèi)外刀具生產(chǎn)企業(yè)多如牛毛，刀具的角度及材料趨于完善，但其主攻的制造行業(yè)，價格高昂，不適合工廠里的初級工人，而且對于航空材料的加工，刀具角度及材料更是保密。為此，將刀具刃磨與數(shù)控技術(shù)相結(jié)合從而設(shè)計刀具幾何角度并且刃磨實驗系統(tǒng)并擴充數(shù)據(jù)庫，將非常適合國內(nèi)發(fā)展，特別是新興的航空產(chǎn)業(yè)。

本實驗平臺采用模塊化設(shè)計，不同模塊之間的銜接有很高的操控度和自由度，同時意向性和目標(biāo)性很強。

2 研究的意義

在當(dāng)今的機械制造行業(yè)中，數(shù)控技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)的制造手段，成為最主流的生產(chǎn)方式。特別是國家放開低空領(lǐng)域促進航空工業(yè)園區(qū)的建立，低空小型飛行器的設(shè)計和制造將激發(fā)制造業(yè)更上一個臺階，針對于航空飛行器的材料加工，盡管不是空白，但是只有少數(shù)企業(yè)掌握。所以開發(fā)刀具幾何角度刃磨和檢測的實驗平臺，可以根據(jù)低空飛行器材料來設(shè)計刀具角度，通過加工過程中的數(shù)據(jù)采集，來更好的完善刀具的角度及切削用量。而采集的數(shù)據(jù)則可以用來擴充數(shù)據(jù)庫。這對于以后的低空飛行器制造和維修有著重要的意義。同時通過研究刀具的角度也能促使刀具生產(chǎn)企業(yè)更好的調(diào)整企業(yè)的經(jīng)營方向。

3 刀具刃磨和檢測實驗平臺的發(fā)展?fàn)顟B(tài)

為了保證被加工的零件所要求的質(zhì)量，大多數(shù)企業(yè)采用機械夾緊式的轉(zhuǎn)為刀具，縮短換刀時間。但是由于刀片角度固定，因此固定了切削參數(shù)。為了達到理想狀態(tài)，通常要反復(fù)檢測和確定刀具切削部分的最佳幾何形狀。這些公司需要更精密和多用途、能夠用不同大小和式樣的刀具進行加工的機床。

3.1 刀具刃磨是機械加工過程中對切削刀具進行修磨時必不可少

隨著機械制造業(yè)的極速發(fā)展，特別是數(shù)控加工技術(shù)、柔性化生產(chǎn)以及數(shù)字車間的越來越廣泛應(yīng)用和普及，對于能在切削過程中保持足夠的穩(wěn)定性要求越來越高，因此切削刀具的制造和幾何角度的刃磨精度提出了更高的要求。數(shù)控工具磨床特別是柔性的數(shù)控工具磨床，歐美等發(fā)達國家的金屬切削刀具刃磨器材進入了成熟階段，但我國由于剛剛接觸此類設(shè)備，目前仍然在爬坡期。

3.2 刀具幾何角度檢測技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

近些年來工業(yè)上常用的刀具角度測量方法大致可分為：機械式角度測量、電磁式角度測量和光學(xué)式角度測量。機械式和電磁式因為研究早，目前已經(jīng)非常成熟，其最大的特點就是簡單、低成本，但是測量過程中延時較長，伴隨著場地環(huán)境的變化影響了測量的精度，而對于不能接觸的物品更是無能為力。

使用光學(xué)設(shè)備對角度進行檢測相較于傳統(tǒng)的檢測手段有更多的特點，例如不用接觸工件、檢測精度高等。光學(xué)設(shè)備的微型化，將會越來越多的代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)備。

同樣光學(xué)測量法也因為其體積相對于機械式和電磁式設(shè)備龐大，同時在惡劣的環(huán)境下，當(dāng)前的光學(xué)測量技術(shù)不能滿足測量的要求。所以目前仍然在做改進和研究。隨著對測量技術(shù)的要求越來越高，將來會設(shè)計出更便攜、構(gòu)造簡單、抗干擾能力強、非接觸、高精度的角度測量儀。

4 研究內(nèi)容

明確了目前刀具檢測和刃磨實驗平臺的嚴(yán)重匱乏，并對設(shè)計創(chuàng)新該實驗平臺的可行性及總體設(shè)計方案進行論證，確定了最終的系統(tǒng)方案和模塊結(jié)構(gòu)。

對金屬切削刀具的幾何角度的刃磨和檢測進行了分析，通過對刀具的角度和靜止參考系從而能確定刀具空間平面，刀具角度的刃磨可以通過手動方式和數(shù)控方式進行刃磨，提高效率，降低入門條件非常實用。

對刀具幾何角度的確定和空間的確定之后，首先明確了布局結(jié)構(gòu)的可行性，然后按照設(shè)計的五大部分進行分別研究和方案的指定，最終將PC和數(shù)控伺服系統(tǒng)兩大模塊確定為系統(tǒng)的機械本體和控制本體的結(jié)構(gòu)。

對刀具幾何角度刃磨和檢測的實驗系統(tǒng)進行了機械模塊的總體布局和研究，闡述了各個模塊的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)，以及運行方法。從A軸的軸向移動平臺的布局運行，結(jié)構(gòu)特點，主要作用。到C軸的軸向移動平臺的角度轉(zhuǎn)位，通過光柵尺來測定及刻度值的使用，能使使用者直觀的觀察到。再到測量平臺的機構(gòu)和Y軸的軸向移動平臺的移動設(shè)計。最后對砂輪機模塊的設(shè)計，退刀進刀的X軸設(shè)計及結(jié)構(gòu)應(yīng)用。

對該實驗平臺的電控系統(tǒng)進行了詳細(xì)的開發(fā)和鉆研。主要對信號收發(fā)模塊的原理、數(shù)控伺服電機的工作與控制、刀具角度測量平臺的角度檢測的工作原理、光電編碼器的選擇和參數(shù)以及砂輪機變頻轉(zhuǎn)速的方法與布線進行了詳細(xì)的闡述與論證。

刀具測量與刃磨實驗平臺的基本實驗項目的設(shè)計與開發(fā)及實現(xiàn)方式。由電能到機械能，由電機到加工平臺，由車刀的刃磨到車刀幾何角度的測量，循序漸進，由淺入深的將電腦上的用戶界面與數(shù)控指令有效的結(jié)合起來，實現(xiàn)該實驗平臺的特性和成效。

5 結(jié)束語

在所有的金屬切削加工中，金屬切削刀具起著決定因素，常言道“七分刀、三分活”可見刀具在切削中的作用，隨著數(shù)控技術(shù)及電機信息技術(shù)的發(fā)展，普通的手工刃磨刀具的剛性需求太高，如何能讓更多的普通的操作通過數(shù)據(jù)庫進行檢索，并通過數(shù)控技術(shù)進行刃磨及檢測刀具將會非常關(guān)鍵。因為這樣能降低操作的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時提高加工速度，并且對刀具刃磨的精度有所提高。所以，開發(fā)并逐步創(chuàng)新刀具檢測與刃磨實驗平臺具有非常廣闊的前景。

參考文獻

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